วิวัฒนาการและความก้าวหน้าของ CPOออปโตอิเล็กทรอนิกส์เทคโนโลยีการบรรจุร่วม
บรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ การพัฒนาสามารถสืบย้อนกลับไปถึงทศวรรษ 1960 แต่ในขณะนี้ บรรจุภัณฑ์ร่วมแบบโฟโตอิเล็กทริกเป็นเพียงบรรจุภัณฑ์แบบเรียบง่ายอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ร่วมกัน ในช่วงทศวรรษ 1990 ด้วยการเพิ่มขึ้นของโมดูลการสื่อสารด้วยแสงอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบโฟโตอิเล็กทริกเริ่มปรากฏขึ้น ด้วยพลังการประมวลผลสูงและความต้องการแบนด์วิดท์สูงที่พุ่งสูงขึ้นในปีนี้ บรรจุภัณฑ์ร่วมแบบโฟโตอิเล็กทริกและเทคโนโลยีสาขาที่เกี่ยวข้องจึงได้รับความสนใจอย่างมากอีกครั้ง
ในการพัฒนาเทคโนโลยี แต่ละขั้นตอนก็มีรูปแบบที่แตกต่างกันออกไป ตั้งแต่ 2.5D CPO ที่ตอบสนองความต้องการ 20/50Tb/s ไปจนถึง 2.5D Chiplet CPO ที่ตอบสนองความต้องการ 50/100Tb/s และในที่สุดก็บรรลุ 3D CPO ที่ตอบสนองอัตรา 100Tb/s
แพ็คเกจ 2.5D CPOโมดูลออปติคัลและชิปสวิตช์เครือข่ายบนซับสเตรตเดียวกันเพื่อลดระยะห่างของสายและเพิ่มความหนาแน่นของ I/O และ 3D CPO จะเชื่อมต่อ IC ออปติคัลเข้ากับชั้นกลางโดยตรงเพื่อให้การเชื่อมต่อของ I/O มีค่าพิทช์ต่ำกว่า 50 ไมโครเมตร เป้าหมายของการพัฒนานี้ชัดเจนมาก นั่นคือการลดระยะห่างระหว่างโมดูลแปลงโฟโตอิเล็กทริกและชิปสวิตช์เครือข่ายให้มากที่สุด
ปัจจุบัน CPO ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังมีปัญหาต่างๆ เช่น ผลผลิตต่ำและต้นทุนการบำรุงรักษาสูง และมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายในตลาดที่สามารถจัดหาผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับ CPO ได้อย่างเต็มที่ มีเพียง Broadcom, Marvell, Intel และผู้เล่นอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่มีโซลูชันที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองอย่างสมบูรณ์ในตลาด
เมื่อปีที่แล้ว Marvell ได้เปิดตัวสวิตช์เทคโนโลยี 2.5D CPO ซึ่งใช้กระบวนการ VIA-LAST หลังจากประมวลผลชิปออปติคัลซิลิคอนแล้ว TSV จะถูกประมวลผลด้วยความสามารถในการประมวลผลของ OSAT จากนั้นจึงนำชิปไฟฟ้าแบบฟลิปชิปมาใส่ในชิปออปติคัลซิลิคอน โมดูลออปติคัล 16 โมดูลและชิปสวิตชิ่ง Marvell Teralynx7 เชื่อมต่อกันบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อสร้างสวิตช์ที่มีอัตราการสวิตชิ่ง 12.8 Tbps
ในงาน OFC ของปีนี้ Broadcom และ Marvell ยังได้สาธิตชิปสวิตช์ 51.2Tbps รุ่นล่าสุดที่ใช้เทคโนโลยีการบรรจุร่วมแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย
จากรายละเอียดทางเทคนิคของ CPO รุ่นล่าสุดของ Broadcom แพ็คเกจ CPO 3D ได้รับการพัฒนาจนได้ความหนาแน่นของ I/O ที่สูงขึ้น การใช้พลังงานของ CPO อยู่ที่ 5.5W/800G อัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานที่ดีเยี่ยม ขณะเดียวกัน Broadcom ยังได้ก้าวสู่คลื่นลูกเดียวที่ความเร็ว 200Gbps และ CPO ที่ 102.4T
ซิสโก้ยังได้เพิ่มการลงทุนในเทคโนโลยี CPO และได้จัดแสดงผลิตภัณฑ์ CPO ในงาน OFC ปีนี้ โดยแสดงให้เห็นถึงการสะสมและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี CPO บนมัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์ที่ผสานรวมมากขึ้น ซิสโก้กล่าวว่าจะดำเนินการนำร่องการติดตั้ง CPO ในสวิตช์ขนาด 51.2 เทราไบต์ ก่อนจะนำไปปรับใช้ในวงกว้างในรอบสวิตช์ขนาด 102.4 เทราไบต์
Intel ได้เปิดตัวสวิตช์ที่ใช้ CPO มานานแล้ว และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Intel ยังคงทำงานร่วมกับ Ayar Labs เพื่อสำรวจโซลูชันการเชื่อมต่อสัญญาณแบนด์วิดท์สูงแบบบรรจุร่วมกัน ซึ่งช่วยปูทางไปสู่การผลิตอุปกรณ์บรรจุร่วมกันแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์และแบบเชื่อมต่อด้วยแสงจำนวนมาก
แม้ว่าโมดูลแบบเสียบปลั๊กจะยังคงเป็นตัวเลือกแรก แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมที่ CPO นำมาได้นั้นได้ดึงดูดผู้ผลิตมากขึ้นเรื่อยๆ LightCounting ระบุว่า การจัดส่ง CPO จะเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจากพอร์ต 800G และ 1.6T และเริ่มวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์อย่างค่อยเป็นค่อยไปตั้งแต่ปี 2567 ถึง 2568 และจะมีปริมาณมากตั้งแต่ปี 2569 ถึง 2570 ในขณะเดียวกัน CIR คาดการณ์ว่ารายได้ทางการตลาดของบรรจุภัณฑ์โฟโตอิเล็กทริกทั้งหมดจะสูงถึง 5.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2570
เมื่อต้นปีนี้ TSMC ได้ประกาศว่าจะจับมือกับ Broadcom, Nvidia และลูกค้ารายใหญ่รายอื่นเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิกอน ส่วนประกอบออปติกบรรจุภัณฑ์ทั่วไป CPO และผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ อื่นๆ ร่วมกัน รวมถึงเทคโนโลยีกระบวนการตั้งแต่ 45 นาโนเมตรถึง 7 นาโนเมตร และกล่าวว่าช่วงครึ่งหลังของปีหน้าจะเริ่มตอบสนองคำสั่งซื้อจำนวนมากได้เร็วที่สุด ซึ่งน่าจะประมาณปี 2025 เพื่อให้ถึงขั้นตอนการผลิตเชิงปริมาณ
ในฐานะเทคโนโลยีสหวิทยาการที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์โฟโตนิกส์ วงจรรวม บรรจุภัณฑ์ การสร้างแบบจำลอง และการจำลอง เทคโนโลยี CPO สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการรวมสัญญาณออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับการส่งข้อมูลนั้นถือเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ท้าทายอย่างไม่ต้องสงสัย แม้ว่าการประยุกต์ใช้ CPO อาจพบเห็นได้เฉพาะในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่เป็นเวลานาน แต่ด้วยการขยายตัวของกำลังประมวลผลขนาดใหญ่และความต้องการแบนด์วิดท์ที่สูง เทคโนโลยีซีโอซีลโฟโตอิเล็กทริกของ CPO จึงกลายเป็นสนามรบใหม่
จะเห็นได้ว่าผู้ผลิตที่ทำงานด้าน CPO เชื่อว่าปี 2025 จะเป็นปีที่สำคัญ เนื่องจากเป็นปีที่มีอัตราการแลกเปลี่ยนข้อมูล 102.4 Tbps และข้อเสียของโมดูลแบบปลั๊กอินจะยิ่งทวีความรุนแรงมากขึ้น แม้ว่าการนำ CPO มาใช้งานจริงอาจล่าช้า แต่การร่วมบรรจุภัณฑ์แบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ (opto-electronic co-packaging) ถือเป็นวิธีเดียวที่จะบรรลุเครือข่ายความเร็วสูง แบนด์วิดท์สูง และใช้พลังงานต่ำ
เวลาโพสต์: 02-04-2024